Czy rzeczywiście można latać za pomocą magnesów?
Wiedza
6 m
154
W 1842 roku Samuel Earnshaw matematycznie dowiódł, że układy elektrostatyczne oraz elektromagnetyczne nie mają stabilnej konfiguracji - tym samym udowodnił, że nie istnieje swobodna lewitacja magnetyczna. Nie da się ustawić dwóch magnesów odpychających się w taki sposób aby jeden lewitował nad drugim bez żadnego wsparcia z zewnątrz - jest to system z natury niestabilny i natychmiast magnesy się obrócą i zaczną przyciągać. Nazywa się to Twierdzenie Earnshawa.
No to znaczy się, że się nie da i pozamiatane prawda?
No nie do końca - w 1939 niemiecki fizyk Werner Braunbeck rozszerzył to twierdzenie dodając poprawkę, że materiały wyłacznie diamagnetyczne - czyli takie które są tylko odpychane przez pola magnetyczne mogą mieć stabilne konfiguracje. Przykładem jest eksperyment w którym udało się lewitować żabę w tubie o średnicy 32mm w polu magnetycznym o sile 16 Tesli. Aby wytworzyć to pole potrzebowano zasilać specjalny elektromagnes prądem o mocy 4 MEGAWATÓW.
No to znaczy się, że się nie da i pozamiatane prawda?
No nie do końca - w 1939 niemiecki fizyk Werner Braunbeck rozszerzył to twierdzenie dodając poprawkę, że materiały wyłacznie diamagnetyczne - czyli takie które są tylko odpychane przez pola magnetyczne mogą mieć stabilne konfiguracje. Przykładem jest eksperyment w którym udało się lewitować żabę w tubie o średnicy 32mm w polu magnetycznym o sile 16 Tesli. Aby wytworzyć to pole potrzebowano zasilać specjalny elektromagnes prądem o mocy 4 MEGAWATÓW.
Gdybyśmy chcieli przeprowadzić taki sam eksperyment na człowieku potrzebowalibyśmy tuby o średnicy tak minimum 70cm. Pole magnetyczne maleje z kwadratem odległości co oznacza, że aby wytworzyć takie samo pole w tubie 21.8 razy większej potrzebowalibyśmy 478.5 razy więcej energii. Czyli jeżeli oryginalny eksperyment potrzebował 4 MW prądu to do lewitacji człowieka w malutkiej 70cm tubie potrzeba 1914 MW czyli 1.914 GIGAWATA. Jest to prawie cała moc czwartej co do wielkości elektrowni w Polsce.
A jeśli chcielibyśmy lewitować typka 4m nad ziemią to potrzeba by było 62.5 GW czyli 40% więcej niż całkowita energia wytwarzana we wszystkich elektrowniach w Polsce.
To oczywiście wszystko przy założeniu, że do lewitacji człowieka wystarczy pole o tej samej sile co dla żaby a nie mocniejsze - co jest bardzo prawdopodobne i niektóre źródła twierdzą, że trzeba 50 T aby podnieść człowieka albo nawet i więcej.
Zresztą to są takie obliczenia czysto teoretyczne bo w rzeczywistości nie ma nawet takiej technologii która byłaby w stanie wytworzyć pola magnetyczne o takiej sile na taką skalę. Ta lewitacja żaby wymagała bardzo specyficznej konstrukcji elektromagnesu i jego siła była tak wielka tylko właśnie dzięki małej średnicy otworu wewnętrznego (choć dzisiaj podobne konstrukcje osiągają około 35 T oczywiście pobierając odpowiednio więcej prądu).
Obecnie najbliżej czegoś co mogłoby lewitować człowieka jest rezonans magnetyczny (MRI) zbudowany w ramach projektu Iseult który osiągnął rekordowe (dla MRI) 11.7 T w tubie o średnicy 90cm.
Rezonans magnetyczny wytwarza pole magnetyczne na nieco innej zasadzie niż wcześniej wspomniane elektromagnesy - otóż robi to tak:
A jeśli chcielibyśmy lewitować typka 4m nad ziemią to potrzeba by było 62.5 GW czyli 40% więcej niż całkowita energia wytwarzana we wszystkich elektrowniach w Polsce.
To oczywiście wszystko przy założeniu, że do lewitacji człowieka wystarczy pole o tej samej sile co dla żaby a nie mocniejsze - co jest bardzo prawdopodobne i niektóre źródła twierdzą, że trzeba 50 T aby podnieść człowieka albo nawet i więcej.
Zresztą to są takie obliczenia czysto teoretyczne bo w rzeczywistości nie ma nawet takiej technologii która byłaby w stanie wytworzyć pola magnetyczne o takiej sile na taką skalę. Ta lewitacja żaby wymagała bardzo specyficznej konstrukcji elektromagnesu i jego siła była tak wielka tylko właśnie dzięki małej średnicy otworu wewnętrznego (choć dzisiaj podobne konstrukcje osiągają około 35 T oczywiście pobierając odpowiednio więcej prądu).
Obecnie najbliżej czegoś co mogłoby lewitować człowieka jest rezonans magnetyczny (MRI) zbudowany w ramach projektu Iseult który osiągnął rekordowe (dla MRI) 11.7 T w tubie o średnicy 90cm.
Rezonans magnetyczny wytwarza pole magnetyczne na nieco innej zasadzie niż wcześniej wspomniane elektromagnesy - otóż robi to tak:
Nie, nie żartuję. MRI ma cewki które są po prostu pętlami wykonanymi z odpowiednio dobranego stopu metali w których bez przerwy krąży prąd - sekretem jest fakt, że cewki są schłodzone ciekłym helem do temperatury -271°C co czyni je nadprzewodnikami o zerowym oporze elektrycznym - dzięki temu właśnie prąd może w nich krążyć bez przerwy bez żadnej straty.
Żeby tylko ktoś nie pomyślał, że to jakaś maszyna darmowej energii bo cewki oczywiście mają w sobie tylko określoną ilość energii która została w nich zaindukowana przez osobne urządzenie. Całkowita energia w takich cewkach to zwykle kilka kWh dla urządzeń szpitalnych i aż 94 kWh dla Iseulta. Kluczem jest, że używa się ich tylko do wytwarzania tego silnego pola magnetycznego a nie pobiera się z nich energii stąd straty są w nich minimalne.
W każdym razie 11.7 T to jest absolutny limit dla Iseulta bo jego cewki o łącznej długości 160km wykonane ze stopu niobu i tytanu operują już na limicie tego co ten materiał może wytrzymać.
Istnieją inne materiały nadprzewodzące które pozwoliłyby na osięgnięcie silniejeszego pola magnetycznego ale są trudniejsze w obróbce, mniej wytrzymałe mechanicznie no i oczywiście droższe.
W każdym razie są pewne propozycje na urządzenia o polach w zakresie 14-20 T ale chyba żadne nie jest obecnie w budowie.
50 T i więcej to nadal odległe marzenia co ambitniejszych inżynierów. Obecny ogólny rekord ciągłego pola magnetycznego na Ziemi to 45.22 T - dokonał tego chiński zespół używając konstrukcji hybrydowej - zewnętrznego magnesu nadprzewodzącego jak w MRI (ale z otworem średnicy 32mm) oraz centralnego elektromagnesu znajdującego się w tym otworze zasilanego prądem o mocy 27 MW.
Żeby tylko ktoś nie pomyślał, że to jakaś maszyna darmowej energii bo cewki oczywiście mają w sobie tylko określoną ilość energii która została w nich zaindukowana przez osobne urządzenie. Całkowita energia w takich cewkach to zwykle kilka kWh dla urządzeń szpitalnych i aż 94 kWh dla Iseulta. Kluczem jest, że używa się ich tylko do wytwarzania tego silnego pola magnetycznego a nie pobiera się z nich energii stąd straty są w nich minimalne.
W każdym razie 11.7 T to jest absolutny limit dla Iseulta bo jego cewki o łącznej długości 160km wykonane ze stopu niobu i tytanu operują już na limicie tego co ten materiał może wytrzymać.
Istnieją inne materiały nadprzewodzące które pozwoliłyby na osięgnięcie silniejeszego pola magnetycznego ale są trudniejsze w obróbce, mniej wytrzymałe mechanicznie no i oczywiście droższe.
W każdym razie są pewne propozycje na urządzenia o polach w zakresie 14-20 T ale chyba żadne nie jest obecnie w budowie.
50 T i więcej to nadal odległe marzenia co ambitniejszych inżynierów. Obecny ogólny rekord ciągłego pola magnetycznego na Ziemi to 45.22 T - dokonał tego chiński zespół używając konstrukcji hybrydowej - zewnętrznego magnesu nadprzewodzącego jak w MRI (ale z otworem średnicy 32mm) oraz centralnego elektromagnesu znajdującego się w tym otworze zasilanego prądem o mocy 27 MW.
Wracając do naszego lewitującego Azjaty to oczywiście pole magnetyczne o takiej sile wpływałoby nie tylko na niego ale też na otoczenie - z piasku zostałyby przyciągnięte wszystkie metalowe drobinki oraz przedmioty. Do tego wszelkie metalowe przedmioty noszone przez gapiów jak np. klucze byłyby przyciągane przez pole magnetyczne z siłą kilku kilogramów nawet z odległości kilkunastu metrów.
Tutaj mamy filmik prezentujący moc przyciagania maszyny MRI o polu magnetycznym 4 T:
Tutaj mamy filmik prezentujący moc przyciagania maszyny MRI o polu magnetycznym 4 T:
A więc jak nasz żółty koleżka lewitował na filmiku? Czy wynalazł jakieś tajemne urządzenie antygrawitacyjne? Może odblokował swoje ki i nauczył się latać jak w Dragon Ballu? Otóż nie - wyjaśnienie jest prostsze:
Jedyne różnice to konkretny design tych kabli - różne punkty przypięcia czy rozstaw kabli pozwalają na różne ruchy. Pomiędzy ujęciami mogą się one nawet zmieniać dając iluzje, że 'magik' wykonuje ruchy niemożliwe do uzyskania za pomocą jednego zestawu lin. Gdy jest zamykany w pudle pokrywa nie zamyka go od góry całkowicie - po bokach są dwie szczeliny przez które mogą przechodzić pod kątem linki.
A jak chodził po wodzie? Wystarczy jakaś platforma kilka centymetrów pod powierzchnią wody i kamera kręcąca pod wystarczająco płytkim kątem aby w wodzie nadal odbijało się niebo przez co nie widać niczego co znajduje się pod powierzchnią. Konstrukcja może też być zbudowana z plexi które pod wodą jest praktycznie całkowicie przezroczyste.
Na koniec nie pozdrawiam Songokana24 - chuju zmarnowałeś mi 4 godziny życia wspominając mnie w komentarzach pod tym filmikiem xD
A jak chodził po wodzie? Wystarczy jakaś platforma kilka centymetrów pod powierzchnią wody i kamera kręcąca pod wystarczająco płytkim kątem aby w wodzie nadal odbijało się niebo przez co nie widać niczego co znajduje się pod powierzchnią. Konstrukcja może też być zbudowana z plexi które pod wodą jest praktycznie całkowicie przezroczyste.
Na koniec nie pozdrawiam Songokana24 - chuju zmarnowałeś mi 4 godziny życia wspominając mnie w komentarzach pod tym filmikiem xD